JPH0675105B2 - パルス式距離測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、それほど広くない領域内で複数の移動体
（例えば車輛）がその各々に搭載しているパルス式距離
測定装置（以下「装置」ということがある。）によって
物標を探知しながら稼働する場合にこれら各々の装置が
同一波長の信号波を使用するとき、反航もしくは対向す
る移動体の装置からの直接波によって物標の誤判定を行
うことがないようにする技術に関するものである。

［従来の技術］ 一般にパルス式距離測定装置では、一定時間毎にパルス
波の送信を行ない、物標からの反射エコーパルス波を受
信するまでの遅延時間に基づいて物標までの距離を算出
すると共に、反射エコーパルス波の振幅から物標の大き
さを知るものである。

しかしながらそれ程広くない領域内で同一なる波長のパ
ルス式距離測定装置を複数台で稼動させる場合では、物
標よりの反射エコーパルス信号の他に対向する他装置か
らの直接波などの妨害波が混在して受信されることがあ
るので、このような場合は誤った計測を行なってしま
う。

このためこのような場合に使用する従来のパルス式距離
測定装置では、送波器系および受波器系に各種のビーム
成形による対策や偏波面による対策等が講じられて提案
されているが、３次元的な姿勢変動を伴う移動体に搭載
され、また対向して位置する場合では、前記の対策のみ
では充分でなく、妨害波を受信してしまうことがあっ
た。

またビーム走査機能を必要とする場合では前記の改善対
策が形状及び重量の制限を加える欠点があった。

さらにまた、同一波長でも個体の識別を可能ならしめる
符号化変調を施すことにより、誤って他装置の信号を受
信した場合でもこれを識別して距離計測を行なうことが
提案されているが、近距離ないし至近距離の計測におい
ては送信波のパルス幅も狭い必要性があるので、符号化
変調によって占有帯域幅の増大や複雑且つ高速なる変復
調回路と符号識別回路が必須となり高価になってしまう
欠点があった。また送信波の狭いパルス幅では符号化の
最大数も制約を受ける欠点があった。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は以上のような欠点に鑑み、送波器系および受
波器系の形態に左右されずに、さらに複雑且つ高速なる
変復調回路や符号識別回路を用いずに、同一なる波長を
使用して移動する複数のパルス式距離測定装置におい
て、他装置からの妨害波を受信する場合でも誤った距離
計測が生ずることを回避する技術を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 一般にパルス式距離測定装置では、送波器及び受波器の
指向性内に充分包括し得る小型物標からの反射エコーパ
ルス波の受信電力は、送信電力、送波器及び受波器の変
換利得、波長、物標の反射係数が一定であると、距離の
４乗に反比例し減衰することが電波領域の所謂レーダ方
程式として知られている。光波領域でも本質的に同様の
方程式が成立する。

しかし同一波長の他の装置が対向している場合などの妨
害波は直接波であることが多く、この場合の妨害波の受
信電力は送信電力、送波器及び受波器の変換利得、波長
が同一である場合では相互間距離の２乗に反比例し減衰
することが知られている。

この発明は前記の現象に着目し、複数の移動体の各々に
搭載しているパルス式距離測定装置において、受信信号
に対して送信時刻からの時間の経過の４乗に比例する利
得補正を行うことによって、物標からの反射信号は物標
からの距離には依存しないが物標のレーダ断面積には依
存するものであるようにして検波する。

検波出力信号を低閾値以上と高閾値以上の２通りのレベ
ル比較を行う。

送信時刻以後に最初に低閾値以上で且つ高閾値以下の信
号が現われた場合はこれを物標からの反射信号であると
して処理する。

送信時刻以後に最初に高閾値以上の信号が現われた場合
はこれを他装置からの直接波（妨害波）と見做して、こ
れが距離計測の支障とならないように距離情報の処理を
停止するとともに、送信周期を変更して他装置からの妨
害波が次回の測定で再び重複しないようにしたものであ
る。

またこの発明では、双方の装置が同期して送信トリガ
し、妨害波の受信時刻も同期する場合では一定量の時間
変更のみによると、次回の測定時間帯も同期することと
なり、これらの遭遇性を回避するために装置毎に各々異
なった配列をした時間変更量を無作為に抽出できるよう
にしたものである。

さらにまたこの発明は、至近距離の物標あるいは超大型
の物標から反射して来るエコーパルスが高閾値以上のレ
ベルであることにより妨害波と推定される場合では、連
続した２回の判定において妨害波として推定される２つ
の距離情報の差が許容値内であるかを演算し、許容値内
である場合には物標からの反射波であったこととして修
正するようにしたものである。

さらにまたこの発明は、送信トリガ周期を変更する場合
はそれに対応して、その周期の変更量に比例した量だけ
許容値を変更することにより、物標の距離測定を維持す
るようにしたものである。

［実施例］ 第１図及び第２図に示すように、一定の周期で発振する
クロックパルス発生器CLKの基準パルスVcを受けて分周
するプリセットカウンタPSCRによって一定周期の送信ト
リガパルスVtを得ると共に、これをパルス送信機PLTXに
入力し所望の波長の成分を含むパルス変調された送信波
を得て、送波器STDを介して伝播媒体中に放射する。

一方、物標及び他装置より得られる受信波は受波器RTD
を通して広帯域受信機WBRXに入り、ここで周波数変換や
信号増幅が施された後に送信トリガパルスVtを時刻基準
とするS.T.C.（Sensitivity Time Control:時間的感度
制御）の機能により送信トリガ時刻よりの経過時間の４
乗に正比例するような利得増加の補正をして、これによ
り物標からのエコー信号が距離には依存しないがレーダ
断面積には依存する信号振幅のパルス波を得て、これを
さらに包絡線検波して検波信号Vrとして取出す。

広帯域受信機WBRXより出力される検波信号Vrは低閾値基
準電圧源LREFによって電圧判定する低閾値比較器LCMP
と、高閾値基準電圧源HREFによって電圧判定する高閾値
比較器HCMPとにそれぞれ入力される。

ここで、低閾値基準電圧電源LREFの設定値（以下「低閾
値」という。）Vlは、一定値以上のレーダ断面積を探知
することを条件とすれば、それに関係して、その最小検
出レベルに基づいて決定される。また高閾値基準電圧電
源の設定値（以下「高閾値」という。）Vhは、最大探知
距離を決めればS.T.C.補正を行った後の妨害波となり得
るものの受信されるであろう範囲が想定されるので、こ
れに基づいてその振幅値相当に設定される。

そして第５図に示すようにS.T.C.補正を行った後の信号
について物標からのエコーパルスとして受信することを
予定するレベルσを低閾値Vl以上で且つ高閾値Vh以下に
設定し、S.T.C.補正を行った後の高閾値Vh以上の受信信
号は妨害波のレベルσｄであると見做していて、これは
他装置からの直接波としてS.T.C.補正後は距離の２乗に
比例するレベル領域である。なお、第５図の縦軸は対数
尺で示してあり、また記号“R"は距離の意味である。
（低閾値Vlに等しい場合を物標よりのエコー信号とする
か一般のノイズとするか、また高閾値Vhに等しい場合を
物標よりのエコー信号とするか妨害波とするかなどの細
部の境界条件は実施の都合により決めればよい。） また実際には、物標からのエコー信号の受信レベルには
レーダ断面積の大きいものは高閾値Vh以上のものが存在
するが、このような高閾値Vhの設定の仕方によって妨害
波であると判定する誤りについては、後に述べるよう
に、連続２回の距離情報の差を検討することによって回
避している。

即ち、送信トリガパルスVtが生起した時刻以後最初に低
閾値比較器LCMPにローコンパレータ出力信号Elのみが現
われた場合は物標からの反射エコーパルスであるとして
以後の処理を行ない、また送信トリガパルスVtが生起し
た時刻以後に最初に高閾値比較器HCMPにハイコンパレー
タ出力信号Ehが現われた場合は、他装置からの妨害波で
あると推定して以後の処理を行なう。

更に妨害波であると推定された信号が距離計測の障害と
なり得るかの判別は、送信トリガパルスVtの後縁立下り
でセットし検波信号Vrより得られるところの送信トリガ
以後に初めて到来するローコンパレータ出力信号Elの後
縁立下りでリセットするセットリセットフラグ内に、同
様にして検波信号Vrより得られるところのハイコンパレ
ータ出力信号Ehが包括されるか否かを妨害波判定信号出
力回路としてのセットリセットフリップフロップ回路SR
FFにて判定し、後者が前者内に包括される場合には妨害
波判定信号Edを出力することにより行なっている。

さらにまた、妨害波判定信号Edが出力される場合では、
この妨害波判定信号Edによって歩進計数器CNTRを歩進し
て得られたアドレス値を入力することにより、装置別に
固有的に設定して配列されているランダム符号をランダ
ム符号記憶器としてのリードオンリーメモリROMから読
み出し、この読み出した符号を送信信号周期指示器とし
てのプリセットカウンタPSCRに書込み、次回の送信トリ
ガの周期を変更することにより、妨害波との測定時間帯
が同期しないように所定の通常周期を変更して送信トリ
ガを発生せしめている。さらにまた、次回の変更した送
信周期においても測定時間帯がなお他装置と同期した場
合は、さらに別の送信周期に変更して送信し、以下同様
に周期を変更しながら他装置と同期しない送信周期を探
して行く。同期しない周期が見付かったときは、以後そ
の周期で送信を継続する。

しかしながら、至近距離かあるいは超大型の物標から反
射してくる反射エコーパルス波では前記判定回路のみに
よるとこれらの物標からの反射信号を誤って妨害波と推
定することがある。この誤りを防止するために妨害波判
定信号Edを交互反転切換器MTSWを通して第１の距離情報
記憶器としてのＡ記憶器AREGと第２の距離情報記憶器と
してのＢ記憶器BREGに交互に与えて、レンジゲートカウ
ンタRGCより出力される距離情報Erを格納し、これら２
種の距離情報（Ａ記憶器AREGの内容をａとし、Ｂ記憶器
BREGの内容をｂとする）の差が定数回路CNSTで設定され
る許容値（物標と自己装置との相対速度、距離計測のた
めの時間間隔、波動伝播速度などから決定されるもの）
ｃ以内であるかを差分時間演算器DTCで算出し、|a−b|
＜ｃであれば物標であったことを示す物標判定信号Etを
出力する。より正確に言えば、この信号Etは、妨害波の
存在を一度推定した後において、所定の点検を経たこと
により前記推定を覆えして物標であると認識を修正した
ことによる判定信号である。妨害波を認めないで当初よ
り物標であると認めた場合の物標判定の信号即ちローコ
ンパレータ出力信号Elとの明確な区別をしている。

レンジゲートカウンタRGCは送信トリガパルスVtからロ
ーコンパレータ出力信号Elまでに包括するクロックパル
ス発生器CLKよりの基準パルスVcを計数することによっ
て、距離情報Erを得る。

また定数回路CNSTの値ｃは差分時間演算器DTC内で設定
しても、外部にて設定する場合のどちらでも良い。

以上のようにして得られる３種類の信号、即ち妨害波判
定信号Ed、物標判定信号Et、ローコンパレータ出力信号
Elは、レンジゲートカウンタRGCより得られる距離情報E
rを出力記憶器OREGに書込みを認可するか否かを決定す
るための、優先順位回路PRIEの入力信号として用いられ
る。

ここで、優先順位回路PRIEは、 （１）妨害波判定信号Edのみが出力される場合（第２図
で示されるT2区間）では出力記憶器OREGの内容を保持す
るために距離情報Erの更新を禁止する。

（２）物標判定信号Etが出力され且つ妨害波判定信号Ed
も出力される場合（第２図で示されるT3区間）では物標
判定信号Etが優先されて出力記憶器OREGの内容を更新す
る。

（３）妨害波判定信号Edと物標判定信号Etのいずれもが
出力しない場合（第２図で示されるT1区間）ではローコ
ンパレータ出力信号Elによって出力記憶器OREGの内容を
更新する。

以上のように前記３種類の信号に優先順位［Et＞Ed＞E
l］を付けている。

なお、第２図でレンジゲートカウンタRGCの内容と出力
記憶器OREGの内容について、k,nで示したものは、具体
的数値がa,bと異なることを示し、また×印は距離計数
途中の結果の定まらない状態を示す。

さらにまた定数回路CNSTは、第３図に示すように、タイ
ムインターバルカウンタTICRと置換して許容値ｃの精度
を向上させることができる。

許容値ｃは、物標と自己装置との相対速度、距離計測の
ための時間間隔、波動伝播速度から決定されるが、ここ
で相対速度と波動伝播速度を所定の一定値とすれば距離
計測のための時間間隔即ち送信トリガ周期に正比例す
る。

そこで第３図に示すようにタイムインターバルカウンタ
TICRは送信トリガパルスVtをスタート及びストップの共
用信号として入力し、クロックパルス発生器CLKから発
する基準パルスVcを計数することによって、妨害波の到
来時に行なわれる送信トリガ周期の変更の際でもその変
更された送信周期に追従してその周期の変更量に正確に
正比例した量の変更を施した値に補正した許容値ｃを得
ることができる。

第３図中のVt,Vc,cは第１図のブロック図に対応して同
様なる信号を用いることのできるように置換し、他の構
成は第１図のものを援用する。

例えば、電磁波（電波、光波）を大気中で用いる場合、
双方の装置間の相対速度が1km/sで探知レンジがやや広
いが、150km〜750kmに対して、送信トリガの周期が1mse
c〜5msecの範囲であると、許容値ｃは1m〜5mの範囲にな
るので、双方の装置間距離が100mのとき、ｃを１％〜５
％の範囲で補正することができる。

また例えば音波、超音波を空気中で用いる場合（伝播速
度330m/sec）、双方装置間の相対速度が10m/sで探知レ
ンジ165m〜825mに対して、送信トリガの周期が1sec〜5s
ecであるとすると、許容値ｃは10m〜50mの範囲であるの
で、双方の装置間距離が100mのとき、ｃを10％〜50％の
範囲で補正することができる。

さらにこの発明は、送波器STD、パルス送信機PLTX、受
波器RTD、広帯域受信機WBRXを除くその他の判定回路と
論理回路を、距離計測の応答性の許容し得る範囲内でア
ナログディジタル変換機能を有するディジタル演算処理
器としてマイクロコンピューター化をすることができ
る。第４図にこの場合の実施例を示す。

マイクロコンピューター化の場合でも検波信号Vrをディ
ジタル値化するアナログディジタル変換器ADCの出力値
を入力するための入出力ユニットIOUを設けると共に処
理プログラムやランダム符号を格納するリードオンリー
メモリROMと距離情報や処理過程の一時記憶を行なうラ
ンダムアクセスメモリRAMを設け、さらにこれらの相互
間の情報を総括的処理を行なうメインプロセッサユニッ
トMPUを設けることによって、前記の機能と同様なる効
果を呈するように送信トリガパルスVtと距離情報Erを出
力できる。

第４図中のVt,Vrは第１図のブロック図の場合と同じ意
味である。また第３図の機能も第４図に含ませることが
可能である。

さらにまたこの発明は、パルス変調方式で且つ物標から
の反射エコーパルスに対し伝播距離による振幅の減衰補
正（同一物標からの検波信号Vrが伝播距離の値に依存し
ない一定振幅値にできること）が行なわれていれば、音
波、超音波、電波、光波等の波動の種類に限定されるこ
となく同様なる方式による実施が可能である。

［発明の効果］ この発明は、複数の移動体の各々に搭載したパルス式距
離測定装置が対向して位置している場合でもこれらの双
方の装置で受信される直接波が原因で発生する妨害波
を、振幅とその発生タイミングの双方で監視する方式を
採用しているので、実害のある多くの妨害波を排除する
ことができる。

またこの発明では妨害波を受ける際に次回の距離計測の
時間帯が再度重複することを回避するように次回または
その後の有限回数に亙って送信トリガを設定時間量だけ
変更すると共に妨害波と判定したときでもなおその後も
送信するように制御しているので、欠測する時間を可及
的に少なくし、または全く無くすることができる。

さらにまた至近距離かまたは超大型の物標からの反射エ
コーであるにも拘らず、これを妨害波と推定する場合で
は、再度送信して物標であるかを変動パラメータに基づ
いた許容値を基準に追認するので、物標からの反射波で
あるか対向装置からの妨害波であるかの識別を容易にし
ている。

さらにまた前記許容値は物標と自己装置との相対速度と
波動伝播速度を所定の一定値とすれば距離計測の時間間
隔に依存することから、前記追認のたびに、無作為に抽
出される送信トリガパルスの周期時間に従ってこの許容
値を決定するようにしてあるため、物標との相対速度が
大なる場合での物標からの反射波であるか対向装置から
の妨害波であるかの識別能力を高く維持することができ
る。

この他、妨害波と推定される場合における次回の送信ト
リガに対する時間の変更量は配列も符号もランダムにし
ていることから、これら符号の組合せは極めて多数（制
御対象となる総装置数の階乗通り）取り得るので、容易
に符号配列を選択することができ、且つ対向する装置の
距離計測時間の遭遇的一致性を著しく低下させることが
できる。

以上のようにこの発明によると比較的広くない領域内で
同一波長を用いて、複数の車輛、船舶などの各々にパル
ス式距離測定装置を搭載して移動しながら稼動する場合
でも、支障となる妨害波の影響を効果的に排除すること
が可能であり、複数の装置を同一波長で実施できること
から装置としての製作の容易さや周波数帯域の有効利用
が期待できる。

この発明は移動体に各々パルス式距離測定装置を搭載し
てこれらの移動体を無人で遠隔操縦する場合などに実施
して好適であり、これらの移動体の進行軌跡が同一軸線
上にあるように反航もしくは同航する場合に特に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を説明するブロック図、第２
図は第１図の動作を説明するタイムチャート、第３図は
この発明の他の実施例の部分ブロック図、第４図はこの
発明のさらに他の実施例のブロック図、第５図はこの発
明の動作を説明するためのものであり、S.T.C.補正後に
おける受信波の妨害波レベルと物標からのエコーパルス
レベルとの関係を示す線図である。 （主な記号） CLK…クロックパルス発生器 PSCR…プリセットカウンタ PLTX…パルス送信機 STD…送波器 RTD…受波器 WBRX…広帯域受信機 LREF…低閾値基準電圧源 LCMP…低閾値比較器 HREF…高閾値基準電圧源 HCMP…高閾値比較器 SRFF…セットリセットフリップフロップ回路 CNTR…歩進計数器 ROM…リードオンリーメモリ MTSW…交互反転切換器 AREG…Ａ記憶器 BREG…Ｂ記憶器 CNST…定数回路 DTC…差分時間演算器 RGC…レンジゲートカウンタ OREG…出力記憶器 PRIE…優先順位回路 TICR…タイムインターバルカウンタ ADC…アナログディジタル変換器 IOU…入出力ユニット RAM…ランダムアクセスメモリ MPU…メインプロセッサユニット Ed…妨害波判定信号 Et…物標判定信号 El…ローコンパレータ出力信号 Eh…ハイコンパレータ出力信号、Er…距離情報 Vl…低閾値、Vh…高閾値

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の移動体の各々に搭載し且つ同一波長
   の信号波を使用する複数のパルス式距離測定装置（以下
   「距離測定装置」という。）であって上記距離測定装置
   の各々は物標からの反射波のほかに他の上記距離測定装
   置からの直接波を受信することがあるものにおいて、上
   記距離測定装置の各々は、受信信号の利得を送信時刻よ
   りの経過時間の４乗に正比例するものに補正する機能を
   具える広帯域受信機WBRXと、上記広帯域受信機WBRXの出
   力信号Vrのレベルが低閾値Vl以上であるときにローコン
   パレータ出力信号Elを出力する低閾値比較器LCMPと、上
   記広帯域受信機WBRXの出力信号Vrのレベルが高閾値Vh以
   上であるときにハイコンパレータ出力信号Ehを出力する
   高閾値比較器HCMPと、上記送信時刻以後上記ローコンパ
   レータ出力信号Elが現われる時刻までの間の基準パルス
   Vcの個数を計数して距離情報Erを出力するレンジゲート
   カウンタRGCと、上記送信時刻以後最初に上記ローコン
   パレータ出力信号Elが現われた場合は上記ローコンパレ
   ータ出力信号Elを物標からの反射信号であるとして爾後
   の信号処理を行う演算回路を有するパルス式距離測定装
   置。
2. 【請求項２】送信時刻以後最初にハイコンパレータ出力
   信号Ehが現われた場合は妨害波判定信号Edを出力する妨
   害波判定信号出力回路SREFと、上記妨害波判定信号Edが
   現われた場合は記憶された距離情報Erのその後の更新を
   禁止される出力記憶器OREGを有する請求項１に記載のパ
   ルス式距離測定装置。
3. 【請求項３】連続した２回の距離情報Erの各々を個別に
   格納する第１の距離情報記憶器AREG及び第２の距離情報
   記憶器BREGと、妨害波判定信号Edが現われた場合に上記
   第１の距離情報記憶器AREGの記憶内容（ａ）と上記第２
   の距離情報記憶器BREGの記憶内容（ｂ）との差（|a−b
   |）を演算し且つ上記差（|a−b|）が設定した許容値
   （ｃ）以内であるときは物標判定信号Etを出力する差分
   時間演算器DTCを有する請求項２に記載のパルス式距離
   測定装置。
4. 【請求項４】妨害波判定信号Edが現われた後に物標判定
   信号Etが現われた場合は、出力記憶器OREGに記憶した距
   離情報Erの内容が、第１の距離情報記憶器AREGの記憶内
   容（ａ）または第２の距離情報記憶器BREGの記憶内容
   （ｂ）のうちいずれか最新のものに更新される請求項２
   または３に記載のパルス式距離測定装置。
5. 【請求項５】妨害波判定信号Edが現われた場合に歩進信
   号を出力する歩進計数器CNTRと、上記歩進計数器CNTRの
   出力により作動し且つ自己の距離測定装置について固有
   に設定したランダム符号を出力するランダム符号記憶器
   ROMと、上記ランダム符号記憶器ROMの出力によって送信
   信号の周期変更を指示する信号を出力する送信信号周期
   指示器PSCRを有し、上記送信信号周期指示器PSCRは上記
   自己の距離測定装置の上記送信信号の周期が相手の距離
   測定装置の送信信号の周期と非同期になるまで上記歩進
   計数器CNTR及び上記ランダム符号記憶器ROMとの関係作
   動を行うものである請求項２または３に記載のパルス式
   距離測定装置。